La ruta del proceso es MBR + DTRO. Esta ruta combina el tratamiento biológico y físico, aprovechando al máximo las ventajas de cada uno y superando sus respectivas desventajas. Esto garantiza un tratamiento estable y confiable que cumple con los estándares de descarga, al tiempo que ahorra terreno, inversión y costos operativos, y facilita la operación y la gestión.
Primera parte: Descripción del flujo del sistema biológico
El sistema biológico incluye un tanque de homogeneización y ecualización, un tanque de homogeneización, un tanque de desnitrificación, un tanque de nitrificación, un sistema de tratamiento de lodos y sistemas auxiliares (bombas de alimentación, sistemas de almacenamiento de químicos, sistemas de enfriamiento y todos los equipos individuales que no figuran en otros sistemas).
El lixiviado del tanque de ecualización primero se eleva hacia un filtro de mangas instalado encima del tanque de homogeneización. El filtro de bolsa puede interceptar partículas de más de 0,5 mm. Las bolsas de filtro deben reemplazarse cuando la pérdida de presión alcanza un cierto valor. Las bolsas filtrantes se pueden reutilizar después de la limpieza.
El lixiviado filtrado fluye por gravedad hacia el tanque de homogeneización. Un mezclador dentro del tanque agita y mezcla el lixiviado de diferentes fuentes y en diferentes momentos, logrando homogeneizar y estabilizar el afluente para las instalaciones de tratamiento posteriores. El sistema biológico consta principalmente de un tanque de desnitrificación, un tanque de nitrificación, un sistema antiespumante y un sistema de enfriamiento. El sistema biológico también incluye equipos auxiliares de otros sistemas. Hay un conjunto de tanques de desnitrificación y un conjunto de tanques de nitrificación. El efluente del tanque de ecualización ingresa a la línea de producción del sistema biológico. El sistema biológico es un reactor biológico de tipo AO-. Los microorganismos aeróbicos en el reactor descomponen y utilizan la materia orgánica del agua, sintetizan tejidos celulares y liberan agua y dióxido de carbono. Una parte del nitrógeno amoniacal del agua se utiliza para la síntesis celular en la reacción de eliminación de carbono, y el resto lo utilizan las bacterias nitrificantes para producir nitratos y nitritos. Los nitratos y nitritos se devuelven al tanque de desnitrificación con el líquido de nitrificación, donde se produce la desnitrificación en un ambiente anaeróbico. Los nitratos y nitritos se reducen generando gas nitrógeno que se escapa, consiguiendo así la eliminación del nitrógeno.
El sistema de aireación consta de aireadores de chorro, bombas de chorro y sopladores. Las bombas de chorro proporcionan agua presurizada de alto-flujo-, mientras que los sopladores proporcionan aire comprimido. Estos dos componentes se mezclan y liberan a través de los tubos venturi de los aireadores jet, formando microburbujas uniformes que se difunden uniformemente por todo el agua, logrando una eficiencia de oxigenación superior al 25%. Esto logra simultáneamente una agitación total del volumen de agua. El tanque de tratamiento biológico es un reactor completamente mixto; El lixiviado de alta-concentración que ingresa al sistema se diluye y difunde inmediatamente, evitando daños a los microorganismos.
Debido a la alta concentración de lodos en el tanque de tratamiento biológico, se recomienda utilizar aireadores de chorro importados de Europa-de alta{0}}oxigenación-eficiencia-para garantizar reacciones biológicas fluidas.
Debido a las características especiales de los lixiviados de vertedero, durante la etapa y operación del cultivo biológico se puede generar una gran cantidad de espuma. Este sistema incorpora tanto desespumante químico como desespumante hidráulico. El desespumante químico suprime la formación de espuma añadiendo agentes antiespumantes, mientras que el desespumante hidráulico elimina la espuma rociando agua en lugares clave, como bocas de acceso y orificios de instalación.
El proceso bioquímico genera una cantidad significativa de calor, lo que eleva la temperatura del reactor y dificulta el funcionamiento del sistema. Por lo tanto, se implementa un sistema de enfriamiento, utilizando una torre de enfriamiento para suministrar agua de enfriamiento a los tanques bioquímicos a través de intercambiadores de calor. Este único sistema de refrigeración enfría ambos tanques de nitrificación. El sistema de control automático del sistema bioquímico consta principalmente de varios sensores, módulos de entrada/salida y un PLC. El sistema de monitoreo del agua afluente monitorea principalmente el caudal, la conductividad y el pH. Los tanques bioquímicos monitorean principalmente el pH, el oxígeno disuelto, la temperatura y el nivel de líquido. El análisis de estos parámetros controla la tasa de aireación, la tasa de descarga de lodos y el tiempo de operación de ultrafiltración (UF) para crear un ambiente adecuado para los microorganismos.
El sistema UF toma agua de los tanques de nitrificación para la separación del agua-lodo. La mezcla concentrada de lodo-agua se devuelve luego a la sección de desnitrificación como reflujo interno.
El sistema bioquímico descarga aproximadamente 12 toneladas de lodos diariamente, con un contenido de humedad diseñado del 98,5%. Debido a la baja concentración de lodos, en el sistema se incluye un tanque de espesamiento de lodos para el espesamiento por gravedad del lodo descargado. Luego, el lodo espesado se bombea a una máquina deshidratadora centrífuga. Después de la centrifugación, el filtrado deshidratado se bombea de regreso al sistema bioquímico para su posterior tratamiento. La torta de lodos, con un contenido de humedad inferior al 80%, se envía a un vertedero para su eliminación.
Segunda parte: Descripción del flujo del proceso del sistema de ultrafiltración
Este sistema de ultrafiltración utiliza un sistema de ultrafiltración tubular externo. El agua se extrae del tanque de nitrificación. La bomba de entrada de UF distribuye el licor mezclado desde el tanque bioquímico al circuito de UF. La presión máxima de ultrafiltración es de 6 bar. La mezcla de lodo-agua se bombea al módulo de membrana tubular mediante una bomba de circulación. Bajo la diferencia de presión a través de la membrana, la fase líquida permea a través de la membrana, formando permeado, logrando la separación del lodo-agua. El lodo se devuelve al tanque bioquímico para aumentar la concentración de lodo allí, al mismo tiempo que se logra la recirculación interna del licor de nitrificación. Una parte de los lodos se descarga como lodo sobrante en el tanque de espesamiento de lodos. El permeado se descarga en el tanque de agua limpia de ultrafiltración y pasa al siguiente proceso de tratamiento.
En comparación con los procesos de tratamiento biológico tradicionales, las células microbianas se separan del efluente a través de un sistema de ultrafiltración de alta-eficiencia, lo que garantiza que las partículas de más de 0,02 µm, los microorganismos y los sólidos suspendidos relacionados con la DQO-se retengan de forma segura dentro del sistema. Esto logra una verdadera separación del tiempo de retención hidráulica y el tiempo de retención de lodos. Al controlar la edad del lodo, se logra el objetivo de cultivar una gran cantidad de bacterias nitrificantes, mejorando así significativamente la tasa de eliminación de nitrógeno amoniacal. El efluente de ultrafiltración es estéril, libre de sólidos y libre de sustancias biológicamente activas. La concentración de lodos se mantiene mediante reflujo continuo en ultrafiltración de flujo cruzado.
El sistema de ultrafiltración tiene un bucle, con cuatro tubos de membrana en cada bucle. Una bomba de circulación separada proporciona el caudal requerido a lo largo de la pared interna de los tubos de membrana, creando turbulencias, generando un gran flujo de filtración y evitando obstrucciones.
Los tubos de membrana también requieren lavado y limpieza después de un período de funcionamiento, lo que se logra mediante una bomba de limpieza que utiliza un tanque de limpieza que contiene agua clara o líquido claro. Cada circuito se puede lavar, limpiar o mantener mientras los demás circuitos están en funcionamiento. Una válvula de control automática de aire comprimido puede cortar simultáneamente la alimentación y el agua de lavado transporta el lodo que queda en las tuberías al tanque de tratamiento biológico.
CIP es un proceso de frecuencia uniforme-. Durante las últimas etapas de la limpieza, las válvulas se abren según un programa, lo que permite que el agua de limpieza circule en los bucles de la membrana y regrese al tanque de limpieza hasta que se logra una limpieza profunda. Si es necesario, se puede agregar una pequeña cantidad de agente limpiador de membranas al tanque de limpieza durante las últimas etapas de la limpieza.
Tercera parte: Descripción del flujo del proceso DTRO (Sistema de membrana de ósmosis inversa con tubo de disco)
Si bien se ha eliminado la mayor parte de la materia orgánica y los contaminantes nitrogenados del efluente de la RBM, los niveles aún están lejos de cumplir con los estándares de descarga. El agua todavía contiene una gran cantidad de materia orgánica, iones incrustantes y otros contaminantes, lo que representa un riesgo significativo para el funcionamiento estable del equipo de separación de membranas posterior. Debido a los estrictos estándares de descarga y los requisitos de los nuevos estándares para el nitrógeno total, el sistema de membrana debe tener una alta tasa de rechazo de nitratos, etc. Este diseño emplea un DTRO (Sistema de membrana de ósmosis inversa de tubo de disco) con fuertes capacidades anti-incrustaciones y altas tasas de recuperación. Los lixiviados de vertederos tienen una composición compleja que contiene varias sales poco solubles, como calcio, magnesio, bario y silicio. Estas sales inorgánicas poco solubles se concentran mucho después de entrar en el sistema de ósmosis inversa. Cuando su concentración excede su solubilidad bajo ciertas condiciones, se producirá incrustación en la superficie de la membrana. Ajustar el pH del agua cruda previene eficazmente la incrustación causada por sales inorgánicas de carbonato; por lo tanto, se debe ajustar el pH del agua cruda antes de ingresar al sistema de ósmosis inversa.
El efluente de MBR se bombea a la columna de membrana DTRO a través de la bomba de alimentación DTRO. Simultáneamente, se agrega ácido desde el tanque de almacenamiento de ácido para ajustar el pH y se somete a reflujo para mezclarlo, logrando el equilibrio del pH. La línea de alimentación del sistema DTRO está equipada con un sensor de pH. El PLC determina el pH del agua cruda y ajusta automáticamente la frecuencia de la bomba dosificadora para regular la adición de ácido, lo que en última instancia garantiza que el pH de la solución cruda antes de ingresar al sistema de ósmosis inversa alcance 6,1–6,5. El agua cruda con pH-ajustado se bombea a la columna de membrana DTRO. El sistema DTRO consta de un juego, cada uno equipado con dos filtros de bolsa de seguridad. Los sensores de presión tanto en la entrada como en la salida de cada filtro de bolsa de seguridad detectan automáticamente la presión diferencial. Cuando la presión diferencial excede un cierto umbral, el sistema solicita el reemplazo de la bolsa de filtro. Los dos filtros de bolsa de seguridad funcionan en paralelo, lo que permite el reemplazo de la bolsa de filtro en línea. El filtro de seguridad tiene una precisión de filtración de 50 μm, lo que proporciona la barrera protectora final para la membrana. El agua cruda que pasa a través del filtro de bolsa de seguridad ingresa directamente a la bomba de émbolo de alta-presión. El efluente, presurizado por la bomba de alta-presión, ingresa a la columna de membrana DTRO. La primera etapa de membrana recibe agua directamente de la bomba de alta-presión. Cada etapa de membrana está equipada con una bomba de circulación en línea, que devuelve una porción del concentrado desde la salida de la membrana a la entrada de la bomba en línea para garantizar un caudal y velocidad suficientes en la superficie de la membrana, evitando la contaminación de la misma.
El efluente de la membrana se divide en concentrado y permeado. Una válvula reguladora de presión en el extremo del concentrado controla la presión dentro del módulo de membrana para lograr la tasa de recuperación de agua purificada necesaria. El concentrado se descarga en un tanque de concentrado para su posterior tratamiento. El permeado ingresa a un tanque de almacenamiento de agua limpia para satisfacer sus propias necesidades de limpieza. El exceso de agua se descarga en un tanque de compensación de efluentes y luego se bombea al cuerpo de agua receptor. La tasa de recuperación del sistema es del 80%.
El sistema de ósmosis inversa es un sistema de ósmosis inversa de media-presión que utiliza membranas de ósmosis inversa de tubo de disco. La presión de funcionamiento promedio de la membrana de ósmosis inversa de tubo de disco es de 30 a 70 bar, con un límite de presión máximo de 70 bar para ósmosis inversa de presión media-. Dado que el agua de alimentación es líquido clarificado por ultrafiltración, el rendimiento del líquido clarificado puede alcanzar el 80%. El sistema DTRO tiene una unidad, con un total de 70 columnas de membranas de ósmosis inversa de tubos de disco y un área total de membranas de 658,3 m².
La unidad DTRO está equipada con las siguientes instalaciones auxiliares:
⑴ Sistema CIP (limpieza-in-lugar): el sistema CIP se utiliza para el lavado, la limpieza con agua y la limpieza química de la unidad de ósmosis inversa.
⑵ Sistema de dosificación de ácido: para evitar incrustaciones inorgánicas durante la operación de ósmosis inversa, se instala un sistema de dosificación de ácido para ajustar el valor de pH del agua de alimentación del sistema de ósmosis inversa.
⑶ Sistema de dosificación de antiincrustante: El sistema de dosificación de antiincrustante también se utiliza para evitar la formación de incrustaciones inorgánicas durante el funcionamiento de ósmosis inversa.
Debido a que el lixiviado se trata previamente utilizando un biorreactor de membrana de desnitrificación totalmente biológico, el efluente de ultrafiltración está libre de sólidos suspendidos y materia orgánica biodegradable. Esto evita en gran medida la formación de incrustaciones inorgánicas y orgánicas en la membrana de ósmosis inversa, reduciendo así la frecuencia de limpieza de la membrana de ósmosis inversa y permitiendo que el sistema de ósmosis inversa funcione bajo una presión relativamente baja, extendiendo la vida útil de la membrana de ósmosis inversa.